利用果蠅模型研究運動對心臟L-型鈣通道調(diào)節(jié)作用的進(jìn)展

1、    利用果蠅模型研究運動對心臟l-型鈣通道調(diào)節(jié)作用的進(jìn)展    摘要：l-型鈣通道是介導(dǎo)鈣離子進(jìn)入心肌細(xì)胞主要通道，對心臟正常功能的維持具有重要作用。研究表明l-型鈣通道蛋白編碼基因（cacna1d）mrna表達(dá)隨年齡的增長其表達(dá)有所減弱，因鈣穩(wěn)態(tài)失衡的心臟疾病隨之而來。如何減緩、逆轉(zhuǎn)其衰退過程或是重塑心臟機(jī)能成為了心臟疾病研究的熱點問題。適宜的運動可作為臨床治療心血管疾病的一種有效介入手段。心臟結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及人體不能作為實驗材料的局限性，利用模式生物進(jìn)行心臟機(jī)能的研究愈發(fā)常見。關(guān)鍵詞：果蠅;心臟;l-型鈣通道;運動當(dāng)前，心血管疾病是威脅人類健康

2、最嚴(yán)重的疾病之一，其發(fā)病率和死亡率逐年上升。ca2+是一種重要的生物信號分子，其穩(wěn)態(tài)失衡可能通過導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和代謝紊亂進(jìn)而導(dǎo)致心臟功能障礙。蘭尼堿受體2 （ryr2）， l -型鈣通道（ltcc）和鈉鈣交換體（ncx）和三磷酸腺苷依賴鈣泵（serca2a）等都參與維持鈣穩(wěn)態(tài)， 深入認(rèn)識它們在鈣穩(wěn)態(tài)過程中的調(diào)控機(jī)制和及其影響因素，對因其導(dǎo)致的心血管疾病的治療與預(yù)防具有重要作用。1. l-型鈣通道與心肌鈣穩(wěn)態(tài)l-型鈣通道主要介導(dǎo)鈣離子進(jìn)入心肌細(xì)胞，產(chǎn)生l-型鈣通道電流（ica-l）， 和外向鉀電流一起構(gòu)成動作電位平臺期，參與復(fù)極化過程。同時少量的ca2+通過心肌細(xì)胞膜上的l-型鈣通道進(jìn)入心肌細(xì)

3、胞后，能夠與心肌細(xì)胞中肌漿網(wǎng)上的ryr2結(jié)合，使肌漿網(wǎng)上的通道開放，大量的ca2+從心肌細(xì)胞中的肌漿網(wǎng)中釋放進(jìn)入胞漿，這一過程使心肌細(xì)胞胞漿內(nèi)ca2+濃度急劇上升，從肌漿網(wǎng)中釋放的ca2+與肌鈣蛋白c結(jié)合而引起心肌的收縮，形成了心臟的每一次跳動。此外，l-型鈣通道參與一些鈣依賴過程，包括心肌收縮、神經(jīng)肽釋放、細(xì)胞分化與死亡及基因表達(dá)。研究顯示多種心臟疾病的患者存在不同程度的心肌細(xì)胞鈣調(diào)控異常，鈣循環(huán)在心室重構(gòu)和心力衰竭發(fā)病過程中起重要作用。2.果蠅心臟與鈣調(diào)控果蠅的生命周期短，易于飼養(yǎng)，對其遺傳背景、基因的定位與表型分析遠(yuǎn)勝于其它模式動物，具有比較成熟的遺傳學(xué)分析方法，這些優(yōu)勢使它適合用于遺傳

4、與發(fā)育分析。目前遺傳和發(fā)育研究已證實果蠅與哺乳動物的心臟發(fā)育具有顯著且保守的分子發(fā)育機(jī)制，許多執(zhí)行哺乳動物心臟功能的蛋白質(zhì)也存在于果蠅心臟中并起著相似的作用。果蠅ca-1d基因與人類1d（cacna1d）、1c（cacna1c）、1s（cacna1s）、1f（cacna1f）基因同源，是編碼l型鈣通道的核心基因;l-型鈣通道中1亞基在脊椎動物和無脊椎動物體內(nèi)的同源性較高，1亞基缺失可使胚胎致死。研究發(fā)現(xiàn)將將全身轉(zhuǎn)錄調(diào)控果蠅品系（arm-gal4）與ca-1d基因的rnai果蠅品系構(gòu)建ca-1d基因全身敲減模型，發(fā)現(xiàn)其后代為致死系，果蠅幼蟲不能正常孵化。顯示出該基因?qū)壍幕旧δ艿木S持是必

5、需的。而前期實驗采用gal4/uas系統(tǒng)選用心臟特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)控品系（hand-gal4）與ca-1d基因的rnai果蠅品系則成功構(gòu)建ca-1d基因心臟特異性敲減模型。3.運動與果蠅心臟l-型鈣通道調(diào)節(jié)機(jī)制目前關(guān)于運動對心臟l-型鈣通道調(diào)節(jié)確切機(jī)制尚無定論。有學(xué)者從心臟收縮期ca2+釋放和舒張期ca2+恢復(fù)兩個方面對運動改善心肌l-型鈣通道的機(jī)制進(jìn)行了推測。認(rèn)為隨著運動訓(xùn)練后心肌動作電位延續(xù)時間明顯變長，可能導(dǎo)致更多的ca2+穿過胞膜進(jìn)入胞漿，進(jìn)而刺激ryr2釋放更多ca2+，引起收縮期鈣瞬變速率升高。運動對舒張期ca2+的調(diào)控主要表現(xiàn)為鈣瞬變下降速率加快和游離ca2+濃度降低。舒張期ca2+的

6、回收主要和serca 2a有關(guān)。運動后，camk（鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶） 會刺激pln（受磷蛋白）磷酸化， pln對serca 2a的抑制作用得以解除，進(jìn)而使心肌serca 2a升高，肌漿網(wǎng)對游離ca2+的回收增加，也可能因此增加了肌漿網(wǎng)中ca2+含量，加快鈣瞬變恢復(fù)速率。果蠅體內(nèi)編碼l-型鈣通道的基因是ca-1d。研究表明ca-1d基因表達(dá)下調(diào)可引起心律不齊、心臟收縮力下降，心臟泵血功能的減弱及心律不齊的發(fā)生，致使果蠅壽命的縮減。規(guī)律運動能夠改善因ca-1d基因表達(dá)引起的心動過緩、提高運動能力。此外，有研究發(fā)現(xiàn)采用低氧運動干預(yù)對于果蠅心臟功能改善作用優(yōu)于低氧或運動單一干預(yù)。低氧運動干預(yù)既能

7、改善正常表達(dá)組的增齡性衰退，也能改善心臟特異性ca-1d基因表達(dá)下調(diào)果蠅的心臟功能損傷。4.展望心肌細(xì)胞鈣調(diào)控異常存在于多種心臟疾病，所以我們一直在尋找合適的方法來維持機(jī)體鈣離子穩(wěn)態(tài)。伴隨衰老的進(jìn)行及疾病的發(fā)生，心肌細(xì)胞膜上的l-型鈣通道電流密度下降、心肌細(xì)胞膜上的 l-型鈣通道下調(diào)，可導(dǎo)致心肌收縮力下降等一系列不良反應(yīng)，通過研究發(fā)現(xiàn)運動能改變l-型鈣通道表達(dá)下調(diào)的影響來維持鈣穩(wěn)態(tài)，但關(guān)于不同運動干預(yù)形式對心臟l-型鈣通道調(diào)節(jié)確切機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)：1倪柳，鄭瀾，文登臺等.規(guī)律運動對心臟特異性ca-1d基因沉默老齡果蠅心臟節(jié)律和收縮功能的影響j.武漢體育學(xué)院學(xué)報，2016，50（10）：77-83.2carneiro-júnior ma， et al. effect of exercisetraining on ca2+release units of left ventricular myocytes of spontaneously hypertensive ratsj. braz j med biol res. 2014， 47（11）：960-9